При сгорании топлива в цилиндре дизеля образуется большое количество сажи. Для ее количественного анализа пользуются следующими понятиями: массовая концентрация С сажи и относительная концентрация r сажи в цилиндре дизеля.
На основании закона Бугера — Беера массовая концентрация сажи при сером характере излучения может быть выражена через относительную концентрацию r (С = r/M). Поэтому относительная концентрация r всегда пропорциональна массовой концентрации C.
, (1)
где I0 и Ie — интенсивности луча начальная и после его прохождения через цилиндр;
М — число Бугера,
M = const для эксперимента.
К моменту открытия выпускного клапана величина ослабления проходящего света в цилиндре дизеля, как правило, невелика. Поэтому массовую концентрацию С сажи в цилиндре дизеля на момент открытия выпускного клапана необходимо сопоставлять с уровнем дымности ОГ [1–10].
Для зависимостей C = f(φ) и r = f(φ) существует три характерные точки:
- Начало активного сажевыделения всегда совпадает с началом видимого сгорания и активного тепловыделения;
- Сmax — максимальное значение массовой концентрации сажи. Время достижения Сmax для дизеля 2Ч 10,5/12,0 составляет 2…3 мс, угол φ п.к.в. при котором достигается максимальное значение массовой концентрация частиц сажи в цилиндре дизеля больше угла φ п.к.в. при котором достигается первый максимум активного тепловыделения;
- Свых — значение массовой концентрации сажи в момент начала открытия выпускного клапана.
Дымность ОГ зависит от интенсивности процесса выгорания массы сажи после достижения максимального значения Сmax. Выгорание сажи в свою очередь зависит от скорости процесса окисления сажевых частиц и от времени, отводимого на этот процесс [11–18].
Таким образом, процесс развития сажевыделения можно условно разбить на 3 характерных участка. Выделение участков в процессе сажевыделения основывается на предположении об относительной роли конкурирующих процессов образования и выгорания сажи. Процесс сгорания в целом обусловлен множеством различных физических явлений. Поэтому, границы участков будут иметь условный характер:
I — участок преимущественного образования сажи
От угла φ п.к.в. при котором наблюдается начало активного сажевыделения — до угла φ п.к.в. когда достигается максимальное давление в цилиндре рmax. В этот промежуток времени процесс образования сажи преобладает над ее выгоранием. Этот участок включает в себя период наибольшего активного тепловыделения, связанный со сгоранием смеси подготовленной за период задержки воспламенения.
Для дизеля при работе на метаноле с ДСТ этот участок имеет свои особенности, на которые влияют характеристики топлива и процесса впрыскивания. На основании теоретических и экспериментальных исследований известно, что сажа образуется в ядре факела ДТ. Таким образом, можно предположить, что массовая концентрация достигает значений близких к максимальному после впрыскивания запальной порции ДТ. Это подтверждается замедлением активного тепловыделения, что связано в свою очередь с тем, что метанол обладает высокой теплотой парообразования. При взаимодействии с факелом ДТ метанолу необходимо некоторое время для достижения необходимой температуры воспламенения [19–26].
Так же это предположение подтверждается тем, что запальная порция ДТ мала по сравнению с зарядом впрыскиваемого метанола, время его впрыскивания заканчивается значительно раньше, чем впрыскивание метанола. Это явление снижает скорость процесса сгорания, а следовательно, и процессов образования и выгорания сажи.
При взаимодействии факелов ДТ и метанола образуется большое количество микро и макрозон, характеризующиеся химической и физической неоднородностью. При сгорании метанола образуются активные радикалы ОН, которые вступают в химические реакции с углеводородами топлива и образовавшейся сажей, тем самым увеличивая интенсивность процесса окисления сажи. Пересекающиеся струи ДТ и метанола выносят основную массу образовавшейся сажи за пределы пламенной зоны, и, основываясь на физических свойствах метанола можно сделать предположение, что частицы сажи находятся в облаке испарившегося метанола.
II — участок одновременного образования и выгорания сажи
От угла φ п.к.в. когда достигается максимальное давление — до значения угла φ п.к.в. когда достигается максимальное значение температуры Тmax. В этот промежуток времени в цилиндре идет процесс развитого диффузионного горения основной части топлива. Диффузионным пламенем охвачена большая часть объема, а температура газов достигает своего максимального значения. Процессы образования и выгорания сажи идут с соизмеримыми скоростями, но количество образовавшейся сажи незначительно превосходит количество выгорающей сажи, что обуславливает рост сажесодержания до максимального значения [27–33].
III — участок преимущественного выгорания сажи
От угла φ п.к.в. когда достигается максимальное значение температуры Тmax — до угла φ п.к.в. когда открываются выпускные клапана при φ = 140,0 º п. к.в. после ВМТ. Образование сажи практически завершилось и продолжается интенсивное выгорание сажи. Образовавшиеся в результате горения метанола активные радикалы ОН∙ вступают во взаимодействие с частицами сажи, и увеличивают толщину пограничного слоя. Тем самым увеличивая вклад в процесс окисления реакций частиц сажи с водяным паром. Чем дольше длится этот интервал времени, тем меньше останется сажи к моменту открытия выпускных клапанов.
Наиболее эффективным представляется снижение дымности воздей-ствием на выгорание сажи в цилиндре до открытия выпускных клапанов. С этой целью желательно смещение максимума сажевыделения в сторону ВМТ [34–38].
Литература:
1. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Влияние применения природного газа и рециркуляции отработавших газов, метаноло- и этаноло-топливных эмульсий на содержание токсичных компонентов в ОГ // Транспорт на альтернативном топливе. 2015. № 4 (46). С. 42–47.
2. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Результаты исследований содержания оксидов азота в цилиндре газодизеля с турбонаддувом // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 5–1. С. 66–68.
3. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследования эффективных и экологических показателей дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на природном газе с рециркуляцией отработавших газов, метаноло- и этаноло-топливных эмульсиях // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 5–1. С. 22–25.
4. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование экологических показателей дизеля при работе на природном газе с рециркуляцией, метаноло- и этаноло топливных эмульсиях // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 3 (16). С. 26–28.
5. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Влияние рециркуляции отработавших газов на индикаторные показатели газодизеля // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 31–33.
6. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование показателей процесса сгорания газодизеля при работе с рециркуляцией отработавших газов // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 33–36.
7. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование эффективных показателей дизеля при работе на природном газе, метаноло- и этаноло-топливных эмульсиях // Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 4–1 (35). С. 79–81.
8. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение эксплуатационных показателей дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения этаноло-топливной эмульсии // Известия Международной академии аграрного образования. 2013. Т. 4. № 16. С. 170–173.
9. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование скоростного режима дизеля при работе на природном газе с рециркуляцией, метаноло- и этаноло топливных эмульсиях // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 3 (16). С. 24–26.
10. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование нагрузочного режима дизеля при работе на природном газе с рециркуляцией, метаноло- и этаноло топливных эмульсиях // Потенциал современной науки. 2015. № 3 (11). С. 40–44.
11. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение эксплуатационных показателей тракторного дизеля Д-240 путем применения этаноло-топливной эмульсии // Научно-практический журнал Пермский аграрный вестник: 2013. № 1 (1). С. 29–32.
12. Лиханов В. А., Лопатин О. П., Олейник М. А., Дубинецкий В. Н. Особенности химизма и феноменологии образования оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на природном газе // Тракторы и сельхозмашины. 2006. № 11. С 13–16.
13. Лиханов В. А., Лопатин О. П., Шишканов Е. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля путем их рециркуляции // Тракторы и сельхозмашины. 2007. № 9. С. 8–9.
14. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения этаноло-топливной эмульсии // Транспорт на альтернативном топливе. 2012. № 4 (28). С. 70–73.
15. Скрябин М. Л. Влияние применения метаноло-топливной эмульсии на содержание оксидов азота в отработавших газах 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения частоты вращения // Молодой ученый. 2015. № 11(91). С. 439–442.
16. Скрябин М. Л. Влияние применение метанола на дымность отработавших газов дизеля 2Ч 10,5/12 // Молодой ученый. 2015. № 11(91).С. 445–448.
17. Скрябин М. Л. Влияние применения метанола с двойной системой топливоподачи в дизеле 2Ч 10,5/12,0 на показатели процесса сгорания и показатели сажесодержания // Молодой ученый. 2015. № 11(91). С. 442–445.
18. Скрябин М. Л. Влияние применения метаноло-топливной эмульсии на массовую концентрацию оксидов азота в отработавших газах 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от нагрузки на номинальной частоте вращения // Молодой ученый. 2015. № 12(92). С. 301–303.
19. Методика исследований дизеля 2Ч 10,5/12,0 по снижению содержания оксидов азота при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). с. 131–134.
20. Скрябин М. Л. Влияние применения природного газа на общую токсичность дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ в зависимости от изменения частоты вращения коленчатого вала // Молодой ученый. 2015. № 12(92). С. 323–326.
21. Скрябин М. Л. Влияние применения природного газа на экологические показатели дизеля 4ЧН 11,0/12,5 при работе на частоте вращения максимального крутящего момента // Молодой ученый. 2015. № 12(92). С. 312–314.
22. Скрябин М. Л. Влияние применения природного газа на экологические показатели дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ в зависимости от изменения нагрузки на номинальной частоте вращения // Молодой ученый. 2015. № 12(92). С. 317–320.
23. Скрябин М. Л. Влияние применения природного газа на эффективные показатели дизеля 4ЧН 11,0/12,5 в зависимости от изменения частоты вращения коленчатого вала // Молодой ученый. 2015. № 12(92). С. 320–323.
24. Скрябин М. Л. Влияние применения природного газа на эффективные показатели дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ в зависимости от изменения нагрузки // Молодой ученый. 2015. № 12(92). С. 314–317.
25. Скрябин М. Л. Математическая модель расчета содержания оксидов азота в цилиндре дизеля 4 ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при работе на природном газе // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). С. 309–312.
26. Скрябин М. Л. Особенности методики стендовых исследований работы дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с промежуточным охлаждением надувочного воздуха при работе на природном газе // Молодой ученый. 2015. № 12(92). С. 306–309.
27. Скрябин М. Л. Особенности расчета констант скорости реакций термической диссоциации в цилиндре дизеля // Молодой ученый. 2015. № 12(92). С. 303–306.
28. Скрябин М. Л. Исследование эффективных показателей газодизеля с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха // Молодой ученый. 2015. № 10 (90). С. 312–315.
29. Скрябин М. Л. Улучшение экологических показателей дизеля путем применения природного газа и промежуточного охлаждения наддувочного воздуха // Молодой ученый. 2015. № 10 (90). С. 315–318.
30. Чувашев А. Н. Мощностные и экономические показатели дизеля 2Ч 10,5 / 12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от изменения нагрузки на номинальной частоте вращения. Молодой ученый. 2015. № 15 (95) часть II. С. 199–202.
31. Чувашев А. Н. Мощностные и экономические показатели дизеля 2Ч 10,5 / 12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от изменения нагрузки на режиме максимального крутящего момента. Молодой ученый. 2015. № 15 (95) часть II. С. 202–205.
32. Чувашев А. Н. Мощностные и экономические показатели дизеля 2Ч 10,5 / 12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от изменения частоты вращения. Молодой ученый. 2015. № 15 (95) часть II. С. 205–207.
33. Чувашев А. Н. Экологические показатели дизеля 2Ч 10,5 / 12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от изменения нагрузки. Молодой ученый. 2015. № 15 (95) часть II. С. 208–210.
34. Чувашев А. Н. Экологические показатели дизеля 2Ч 10,5 / 12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от изменения нагрузки на режиме максимального крутящего момента. Молодой ученый. 2015. № 15 (95) часть II. С. 211–213.
35. Чувашев А. Н. Экологические показатели дизеля 2Ч 10,5 / 12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от изменения частоты вращения. Молодой ученый. 2015. № 15 (95) часть II. С. 214–216.
36. Чувашев А. Н. Выводы и рекомендации по поводу использования метанола с ДСТ в качестве моторного топлива в дизеле 2Ч 10,5 / 12,0. Молодой ученый. 2015. № 15 (95) часть II. С. 217–219.
37. Чувашев А. Н. Методика исследования рабочего процесса дизеля воздушного охлаждения при работе на метаноле с использованием ДСТ. Молодой ученый. 2015. № 15 (95) часть II. С. 219–222.
38. Чувашев А. Н. Показатели процесса сгорания дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от изменения нагрузки на частоте вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте. Молодой ученый. 2015. № 12 (92) часть III. С. 347–348.
